寻找奇异星的可能途径北京大学天文学系徐仁新000001.ppt

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1、寻找奇异星的可能途径北京大学天文学系徐仁新000001 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径0 引言：脉冲星 中子星 奇异星1 最小转动周期2 质量-半径关系3 表面特性4 其它可能途径0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新u脉冲星研究历史

2、Landau:Chadwick(1932)Landau(1932)Baade&Zwicky(1934)Openheimer&Volkoff(1939)Pacini(1967，转动能-磁偶极辐射-超新星遗迹能源)Bell&Hewish(1967)Gold(1968，脉冲周期即为中子星转动周期)1986:Haensel-Zdunik-Schaeffer,Alcock-Farhi-Olinto“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星u与射电脉冲星有关的其它天体 （脉冲星类天体 Pulsar-lik

3、e stars）吸积X射线脉冲星 X射线爆 反常X射线脉冲星 软 射线重复爆 孤立“中子星”射线爆发源？0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星u射电脉冲星的 辐射机制u脉冲星的本质 中子星模型 奇异星模型“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新u中子星模型大气层外壳层内壳层中子物质区中子星的核？0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐

4、仁徐仁新新u关于中子星核的夸克相 c的一种估计：(4R3/3)-1 0.24fm-3 224MeV/fm3 超新星核反弹密度：2-4 nuc 稳定中子星核心密度：3 nuc8混合星(hybrid stars):存在密度间断面8混杂星(mixed stars):混杂相（共存）夸克星。奇异夸克星？奇异夸克星？0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星u存在奇异星的两个存在奇异星的两个必要必要条件条件致密星中心密度达到夸克解禁临界密度8 格点QCD不不适用于高重子化学势的中子星8 超新星反弹和稳定中子星模型：c 3nuc大块大块奇异夸克物质是最稳定的8 注意：Strangelet可以不稳

5、定体积效应：高温 蒸发“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新u奇异星模型o带壳奇异星o裸奇异星0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子星 奇异奇异星星u奇异星与中子星的异同v在极限质量(1.4)附近，半径差别不明显物质成分、密度分布（转动惯量）质量-半径关系（NS:MR-3,SS:MR3）表面特征0 引言引言:脉冲星脉冲星 中子星中子

6、星 奇异奇异星星u宇宙中存在奇异星和中子星的可能性所有脉冲星类天体都是中子星所有脉冲星类天体都是奇异星部分脉冲星类天体是中子星，余为奇异星部分或所有脉冲星类天体是某种未知天体v若只有前三种可能性，我们不得不不得不回答：观测上观测上如何鉴别中子星和奇异星？“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新1 最小转动周期最小转动周期u天体的旋转模（r-mode）不稳定性旋转模振荡（Papaloizou&Pringle 1978）引力辐射导致旋转模不稳(Andersson 1998)旋转理

7、想流体一定一定存在旋转模不稳定性旋转模不稳定发生的临界条件：1 最小转动周期最小转动周期u振荡能耗散 体粘滞性差异王青德&陆埮(1984)首次注意到：非轻子反应 u+d s+u 有效耗散含SQM的中子星径向振荡能!Madsen(1992)：SQM的体粘滞系数中子物质与SQM的sv相近，但bv相差很大 bv(SQM)610-2 s,bv(mU,dU)21029 s“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新1 最小转动周期最小转动周期u奇异星能比中子星转得更快(Madsen1998,2000)“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系

8、徐仁新徐仁新2 质量质量-半径关系半径关系u由状态方程确定中子星和奇异星的结构TOV方程：(dMr=4r2 dr)EoS：P=P()数值积分 冷星结构“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新2 质量质量-半径关系半径关系u观测确定的质量-半径关系吸积发生的必要条件：Rrmrcorm(最小吸积率)rco 观测确定的M-R关系为：“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新2 质量质量-半径关系半径关系u观测与理论的对比 EoS李向东等（1999）偶极场 L“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁

9、新新“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新3 表面特性表面特性u中子星与奇异星表面特性的差异密度分布与表面密度8NS：c 10s，s0（300m的外壳层）8SS：c 2s，s0（1fm）表面的电学特性8NS：自身不带电，单极感应1011B12V/cm8SS：51017V/cm，1011V/cm（103fm）表面粒子的束缚能8NS：10keVu奇异星是否有厚壳层（10-610-5）？Alcock等的观点8奇异星可以从“脏”的星际环境中吸积物质8裸奇异星不能提供形成磁层的粒子不可能利用表面特性区分NS和SSXQZ：裸奇异星可以表现为射电脉冲星8S

10、M爆轰模燃烧SN吸积10-15IS:P103s8强电磁场中的电子对过程可以提供磁层粒子有可能利用表面特性区分NS和SS3 表面特性表面特性“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新u依据表面特性寻找裸奇异星裸夸克表面存在导致的与观测有关的后果8表面粒子束缚能几乎无穷大 RS的V-Gap8表面热导率：SQMNS壳8开放区粒子：BSS=e,NS=e 离子观测上的比较8脉冲星的漂移子脉冲观测 RS的V-Gap8一般脉冲星极冠区温度比RS的低8能否观测到反映开放区粒子成分的X射线谱？“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新3

11、 表面特性表面特性4 其它可能途径其它可能途径u冷却率的差异(Schaab et al.1997)“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新4 其它可能途径其它可能途径u辐射区几何对半径（质量）的限制引力效应8挤压B8光线弯曲M-R关系1937+218P1/20.2M0.1 R1km4 其它可能途径其它可能途径u中子星和奇异星磁场起源和演化的差异奇异星能否形成强磁场？Magnetar?PSS中两种可能的湍流对流过程：8L2km:v108cm/s,动磁平衡时B1015G8L1m:

12、v105cm/s,动磁平衡时B1013G快发电机过程可产生1012-1018G纤维状纤维状场在吸积磁衰减过程中，NS和SS表现不同：8屏蔽，挤压，热壳耗散，SS壳层底部的爆发过程壳层底部的爆发过程“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”http:/ 徐仁徐仁新新“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新结论结论u问问：如何寻找奇异星？u答答：方法是有的方法是有的。但要得到能使大多数 天体物理学家公认的奇异星存在证 据，还有待今后进一步的理论和观 测研究。寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径谢谢各位谢谢各位请多指教“寻找奇异星的可能途径寻找奇异星的可能途径”北京大学天文学系北京大学天文学系 徐仁新徐仁新